Bài 1. Mở đầu về cân bằng hóa học

Tại thời điểm hỗn hợp khí trong hai bình có thành phần như nhau, phản ứng vẫn tiếp diễn trong hai bình.Tuy nhiên, nồng độ của một chất bất kì trong phản ứng không đổi là do lượng mất đi và lượng sinh ra chất đó là bằng nhau.

P.ứ hình thành thạch nhũ:

\(CaCO_3+CO_2+H_2O⇌Ca\left(HCO_3\right)_2\)

Nó không xảy ra hoàn toàn vì nó có sự xảy ra đồng thời chuyển đổi chất tham gia thành sản phẩm và ngược lại từ chất sản phẩm thành chất tham gia.

                   H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g)

           Không màu    Tím    Không màu

a) Màu tím của hỗn hợp khí lại nhạt dần so với lúc mới bắt đầu trộn hai khí H₂ và I₂, với nhau vì khi trộn H₂ và I₂ phản ứng thuận diễn ra tạo khí HI không màu.

b) Sau một khoảng thời gian, màu tím của hỗn hợp không thay đổi, chứng tỏ nồng độ của I₂ không thay đổi

Sau một khoảng thời gian, màu tím của hỗn hợp khí không thay đổi, chứng tỏ nồng độ I₂ không thay đổi. Nghĩa là sau một thời gian, lượng I₂ sinh ra từ phản ứng nghịch và lượng I₂ mất đi từ phản ứng thuận bằng nhau. Hay tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch. Do đó đồ thị (a) thể hiện đúng Ví dụ 2.

Đường màu xanh biểu diễn tốc độ phản ứng nghịch. Ban đầu phản ứng, chưa sinh ra HI nên tốc độ phản ứng nghịch bằng 0. Sau một thời gian, lượng HI sinh ra càng nhiều, tốc độ phản ứng nghịch tăng. Sau đó, lượng HI sinh ra từ phản ứng thuận bằng lượng HI mất đi từ phản ứng nghịch, tức tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ phản ứng nghịch nên đường đồ thị màu xanh trùng với đường đồ thị màu đỏ.

H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI

\[\begin{array}{l}{{\rm{v}}_{\rm{t}}}{\rm{  =  }}{{\rm{k}}_{\rm{t}}}{{\rm{C}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}}}{{\rm{C}}_{{{\rm{I}}_{\rm{2}}}}}\\{{\rm{v}}_{\rm{n}}}{\rm{  =  }}{{\rm{k}}_{\rm{n}}}{\rm{C}}_{{\rm{HI}}}^{\rm{2}}\end{array}\]

Với k_t và k_n lần lượt là hằng số tốc độ phản ứng thuận và hằng số tốc độ phản ứng nghịch.

k_t và k_n chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ nên giá trị \[\frac{{{{\rm{k}}_{\rm{t}}}}}{{{{\rm{k}}_{\rm{n}}}}}\] là một hằng số ở nhiệt độ xác định.

- Trong phản ứng (*): \({{\rm{K}}_{\rm{C}}}{\rm{  =  }}\frac{{{{{\rm{(HI)}}}^{\rm{2}}}}}{{{\rm{(}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{)(}}{{\rm{I}}_{\rm{2}}}{\rm{)}}}}\)

- Trong phản ứng (**): \({{\rm{K}}_{\rm{C}}}{\rm{  =  }}\frac{{{\rm{(HI)}}}}{{{{{\rm{(}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{)}}}^{\frac{1}{2}}}{{{\rm{(}}{{\rm{I}}_{\rm{2}}}{\rm{)}}}^{\frac{1}{2}}}}}\)

Giá trị hai hằng số cân bằng này không bằng nhau.

a) \[{{\rm{K}}_{\rm{C}}}{\rm{  =  }}\frac{{{{{\rm{[}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{]}}}^{\rm{3}}}{\rm{[CO]}}}}{{{\rm{[C}}{{\rm{H}}_{\rm{4}}}{\rm{][}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O]}}}} = \frac{{{{1,150}^3}.0,126}}{{0,126.0,242}} \approx 6,285\]

b) CH₄ (g) + H₂O (g) ⇌ 3H₂ (g) + CO (g)

Ban đầu:        x               x

Phản ứng:     0,2       ← 0,2         ← 0,6       → 0,2

Cân bằng: (x – 0,2)   (x - 0,2)          0,6            0,2

Ở 760 °C:

\[\begin{array}{l}{{\rm{K}}_{\rm{C}}}{\rm{  =  }}6,285\\ \Leftrightarrow \frac{{{{{\rm{[}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{]}}}^{\rm{3}}}{\rm{[CO]}}}}{{{\rm{[C}}{{\rm{H}}_{\rm{4}}}{\rm{][}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O]}}}} = 6,285\\ \Leftrightarrow \frac{{{{0,6}^3}.0,2}}{{(x - 0,2)(x - 0,2)}} = 6,285\\ \Rightarrow x \approx 0,283(M)\end{array}\]

N₂ (g) + 3H₂ (g) ⇌ 2NH₃ (g)

\[{{\rm{K}}_{\rm{C}}}{\rm{  =  }}\frac{{{{{\rm{[N}}{{\rm{H}}_3}{\rm{]}}}^2}}}{{{\rm{[}}{{\rm{N}}_2}{\rm{][}}{{\rm{H}}_2}{{\rm{]}}^3}}}\]

Ta thấy, K_C càng lớn, phản ứng thuận tạo ra NH₃ diễn ra càng thuận lợi, các chất ở trạng thái cân bằng chủ yếu là chất sản phẩm. Do đó người ta tăng nồng độ N₂ và H₂ để lượng NH₃ sinh ra nhiều hơn.